呂鵬，欒童童

（天津賽象科技股份有限公司，天津 300384）

基于ARM7 STM32控制點陣液晶屏的設(shè)計

ARM7 based design of STM32 controlled dot matrix LCD screen

呂鵬，欒童童

（天津賽象科技股份有限公司，天津 300384）

采用STM32 驅(qū)動的點陣液晶屏具有顯示速度快、成本低廉、便于維護等特點；采用LM16080型號點陣屏，文中詳述此屏的功能和原理，以及它的初始化和控制程序編寫。敘述了靜態(tài)圖形和動畫的顯示方法。

STM32；點陣液晶屏；動畫顯示

使用STM32F103RBT6單片機驅(qū)動TOPWAY LM16080型號點陣屏完成控制器動畫設(shè)計，形象顯示出設(shè)備工作情況及運行情況而且具有人機交互界面和設(shè)備參數(shù)設(shè)置功能。

1 STM32開發(fā)平臺簡介

STM32開發(fā)軟件Keil μVision4是由美國Keil Software公司出品，2005年由ARM公司收購。該軟件具有程序下載、工程編譯、在線調(diào)試等功能。開發(fā)STM32 常采用固件庫和寄存器兩種方法。

固件庫ST（意法半導(dǎo)體）為了方便用戶開發(fā)程序，提供了一套豐富的 STM32 固件庫能讓使用者根據(jù)官方說明進(jìn)行操作，使其編程十分方便，因此得到廣泛應(yīng)用。另一種方法是用了寄存直接操作，就是直接對STM32內(nèi)部寄存器操作，這種操作效率非常高，尤其是對時間要求苛刻的時候更能體現(xiàn)其優(yōu)點；但是由于STM32內(nèi)部資源豐富，寄存器數(shù)量十分龐大，記憶起來十分麻煩，因此，除特殊工程需要外，基本不建議采用。

2 TOPWAY LM16080點陣屏功能和原理

圖1 并行接口時序關(guān)系（適配INTEL8080時序）

TOPWAY LM16080液晶屏內(nèi)部采用UC1610控制器控制，其功能如下：工作電壓3.3 V，顯示功能為4級灰度，溫度補償，驅(qū)動玻璃熔值，對比設(shè)置，刷屏速度等。數(shù)據(jù)接口方式采用 8位并行接口，傳輸數(shù)據(jù)量大。圖1為并行接口時序圖，表1為時序關(guān)系表。

使用STM32編寫驅(qū)動程序操作TOPWAY LM16080液晶屏，首先需要了解液晶屏管腳功能，參見手冊。

詳細(xì)操作說明及STM32連接情況：

（1）VSS 電源地；

（2）VDD 電源正極電壓為+3.3 V；

表1 時序關(guān)系表

（3）并行總線IO口，連接STM32->PC0；

（4）并行總線IO口，連接STM32->PC1；

（5）并行總線IO口，連接STM32-> PC2；

（6）并行總線IO口，連接STM32-> PC3；

（7）并行總線IO口，連接STM32-> PC4；

（8）并行總線IO口，連接STM32-> PC5；

（9）并行總線IO口，連接STM32-> PC6；

（10）并行總線IO口，連接STM32-> PC7；

（11）/RD 使用并行接口時，為讀信號/RD，低電平有效。連接STM32->PB10；

（12）/WR使用并行接口時，為寫信號/WR，低電平有效。連接STM32->PB11；

（13）CD 通道選擇信號，當(dāng)CD=0時選擇指令通通道，當(dāng)CD=2時選擇數(shù)據(jù)通通道。連接STM32->PB1；

（14）/RST 復(fù)位信號。連接STM32->PB0；

（15）/CS1 片選信號當(dāng)/CS1=0時選通模塊，/ CS1=1時封鎖模塊。連接STM32->PA7；

（16）BLA 背光連接。

3 TOPWAY LM16080初始化和控制程序編寫

必須了解TOPWAY LM16080 寄存器的功能，才能正確編寫驅(qū)動程序。下面是液晶屏寄存器表通過程序?qū)懭霐?shù)值，正確操作液晶屏。首先需要把液晶屏進(jìn)行初始化設(shè)置（對比參數(shù)、灰度值、掃描速度、顯示方向），設(shè)置結(jié)束行和起始行等。

下面是部分初始化代碼：

SdCmd(0x24); //溫度補償-0.05%/℃

SdCmd(0x23); //驅(qū)動玻璃容值16~21 nf

SdCmd(0x2f); //啟用內(nèi)部DC-DC電路8X

SdCmd(0xe9); //Bias=1/10

SdCmd(0x81);

SdCmd(ContrastLevel); // 對比度設(shè)置

SdCmd(0xaf); //開顯示

SdCmd(0xD3); // 灰度差24%

SdCmd(0xa3); //行掃描速度16.1 Kips

SdCmd(0x84); //禁用部分區(qū)域顯示效果功能

SdCmd(0xc6); //顯示方向，IC在上方，MY=0,MX=0,LC0=0

SdCmd(0xf1);

SdCmd(0x4f); //設(shè)置顯示結(jié)束行80

SdCmd(0xf2);

SdCmd(0x00); //設(shè)置顯示起始行0

SdCmd(0xf3);

SdCmd(0x4f); //設(shè)置行輸出范圍最大80

Clear_Lcd();

delay_ms(500);

需要注意的是，初始化中的對比參數(shù)設(shè)置是保證上電后能夠獲得較好的顯示效果，但也不是一成不變的，每個批次產(chǎn)品電壓偏差、系統(tǒng)的電源波動以及使用環(huán)境的不一致，都會影響到顯示效果，所以要求對比參數(shù)是可調(diào)整和可設(shè)置的。上電后執(zhí)行初始化，在模塊顯示屏上應(yīng)該能看到有一定對比的“穩(wěn)定花瓶”。這是因為在初始化中沒用對RAM進(jìn)行清“0”，所以在屏幕上顯示出來的都是ARM在電腦上的隨機數(shù)。這是正常的。由此我們可以把初始化函數(shù)作為接口的調(diào)試程序，如果沒出現(xiàn)上述現(xiàn)象則需重新檢查電路和接口時序關(guān)系。

使用KEIL編寫 STM32 程序，搭建好STM32工程后（詳細(xì)搭建工程請參考網(wǎng)絡(luò)），操作TOPWAY LM16080液晶屏其實只用到了 STM32 IO口功能，但必須要按照說明書編寫。首先開啟STM32 IO口時鐘，由于STM32時鐘結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，這里只介紹ABP2。ABP2是外設(shè)復(fù)位寄存器控制STM32 IO口時鐘，如圖2所示。

首先開啟時鐘。本項目用到的IO口共三組：GPIOC、 GPIOB 、GPIOA（本項目采用寄存器，沒有采用固件庫）。

RCC->APB2ENR|=1<<3; //使能 PORTB 時鐘

RCC->APB2ENR|=1<<6; //使能 PORTE 時鐘

圖2 ABP2外設(shè)復(fù)位寄存器（RCC＿APB2RSTR）

RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能 PORTA 時鐘

這樣三組IO口時鐘開啟完畢。然后配置IO口輸入、輸出模式。 STM32 一共有8種模式：模擬輸入、浮空輸入、下拉輸入、上拉輸入、開漏輸出、通用推挽輸出、復(fù)用開漏輸出、復(fù)用推挽。本項目采用通用推挽輸出。

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_ Out_PP; //推挽輸出

還需要配置IO口速度。STM32一共有3種速度：2 MHz、10 MHz、50 MHz 。本項目設(shè)置為50 MHz。

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_ Speed_50 MHz;//速度 50 MHz

然后初始化這組IO口就可以了。

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOC

4 顯示靜態(tài)圖形方法

通過使用軟件制作圖形庫。利用copyleft by horse2000制作液晶屏圖片和字模，自動生成圖形數(shù)組和字庫數(shù)組。通過程序調(diào)用這些數(shù)組就可以了。參見圖3。

下面是顯示圖片主函數(shù)：

圖3 公司LOGO效果圖

void LOGO_BMP(uchar x,uchar y,uchar width,uchar high) //描述公司圖標(biāo)函數(shù)

// 坐標(biāo)(x,y)，x為水平方向像素列；y為垂直方向頁（8點像素/頁）

//width：圖形水平像素點數(shù)；high：圖形垂直頁數(shù)；bmp[]：圖形數(shù)組名

{uchar i,j,k,Dtemp;

uint m,Ddata;

// 啟動窗口操作

SdCmd(0xf4);

SdCmd(x); //設(shè)置工作區(qū)起始像素列

SdCmd(0xf6);

SdCmd(x+width-1); //設(shè)置工作區(qū)結(jié)束像素列

SdCmd(0xf5);

SdCmd(y); //設(shè)置工作區(qū)起始頁0

SdCmd(0xf7);

SdCmd(y+high*2-1); //設(shè)置工作區(qū)結(jié)束頁

SdCmd(0x8b); // 先頁地址再列地址

SdCmd(0xf9); // 窗口操作使能//設(shè)置起始地址

SdCmd(0x60|(y&0x1f)); // 設(shè)置5位頁地址

SdCmd(0x00|(x&0x0f)); // 設(shè)置低4位列地址

SdCmd(0x10|(x>>4)); // 設(shè)置高4位列地址

for(i=x;i

{ for(j=0;j

{ m = i+width*j;

Dtemp = LCD_LOGO[m];

Ddata = 0x0000;

for(k=0;k<8;k++)

{ Ddata = Ddata>>2;

if ((Dtemp&0x01)==0x01)

{ Ddata = Ddata+0xc000; }

Dtemp=Dtemp>>1; }

SdData(Ddata); // 寫圖形數(shù)據(jù)

SdData(Ddata>>8); // 寫圖形數(shù)據(jù)

} }

SdCmd(0x88); // 先列地址再頁地址

SdCmd(0xf8); // 關(guān)閉窗口操作

通過該程序就可以調(diào)用圖形數(shù)組，顯示提前設(shè)計好的圖形。

5 文字顯示方法

文字圖形顯示由于TOPWAY LM16080型號屏不帶字庫芯片，需要自己設(shè)計字庫。依然使用copyleft by horse2000 軟件來完成此項工作，程序不再詳述。

6 動畫顯示方法

動畫顯示在理論上是十分簡單的，一次循環(huán)加載一張圖片，利用軟件把畫面做成幀。例如：實現(xiàn)一個人的跳舞動畫，可利用截圖軟件，每100 ms生成一張圖片（亦即幀），然后通過程序讓這些圖片按照100 ms時間逐個顯示出來就變成動畫了。不過這種方法在這里并不適用，因為STM32 內(nèi)核最快速度只有72 MHz，而且普通IO口速度才2 MHz ，這種液晶屏RAM顯存空間非常少。這種方法會造成屏幕閃爍，容易造成花屏甚至死機。

我在這里采用一種像素操作法控制像素顯示。再復(fù)雜的圖形都是由像素組成的，利用像素的變化直接變成想要的圖形和動畫，這種方法效率高，但是程序相對較復(fù)雜，不過比起直接操作圖片顯示可以節(jié)省大量的程序空間，合理使用芯片內(nèi)部程序存儲空間是重中之重。因為單片機的資源是有限的，絕對不可以超過存儲空間。

下面是控制像素程序：

void Draw_Dot(uchar x,uchar y) //繪制點

// 坐標(biāo)(x,y)，x為水平方向像素列；y為垂直方向像素行（4像素行/頁）

{ uchar k,m;

k=y/4;

SdCmd(0x60|(k&0x1f)); // 設(shè)置低4位頁地址

SdCmd(0x00|(x&0x0f)); // 設(shè)置低4位列地址

SdCmd(0x10|(x>>4)); // 設(shè)置高4位列地址

k=y%4;

m=3;

k=m<<(k*2);

m=RdData(); // 空讀操作

m=RdData(); // 讀數(shù)據(jù)

m=m|k;

k=y/4;

SdCmd(0x60|(k&0x1f)); // 設(shè)置5位頁地址

SdCmd(0x00|(x&0x0f)); // 設(shè)置低4位列地址

SdCmd(0x10|(x>>4)); // 設(shè)置高4位列地址

SdData(m); // 寫數(shù)據(jù)

}

只需要知道液晶屏X，Y的坐標(biāo)即可。圖4是動畫顯示效果圖。

7 結(jié)論

利用上述方法，便可以隨心所欲地做成想要的圖形或文字。這種屏幕主要應(yīng)用在中低端工業(yè)設(shè)備上，具有抗干擾能力強、不受外界光線干擾影響、價格低廉等特點。

氣動糾偏操作面板就是采用這種液晶屏，可以形象地反映設(shè)備工作狀態(tài)、物料當(dāng)前位置、氣缸位置、設(shè)備運行參數(shù)等。而且STM32系列單片機具有價格低、開發(fā)周期短、抗干擾能力強等優(yōu)勢，因此被工業(yè)儀器儀表大量使用。

（R-01）

圖4 動畫顯示效果圖

TQ330.493

1009-797X (2015) 24-0186-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.076

呂鵬，男，主要從事工業(yè)自動化系統(tǒng)的設(shè)計工作。

2015-08-18